基于RFID技術的模具電極MES系統(tǒng)的應用研究

毛金城　陳凱　陳緒兵　王瑜輝　方雄利

摘 要： 將RFID技術引入到模具電極的生產(chǎn)過程中，通過RFID讀寫器從電極備料、電極加工、電極檢測、電極使用四個模塊完成對電極數(shù)據(jù)的實時采集。系統(tǒng)對接口的集成，實現(xiàn)制造執(zhí)行系統(tǒng)與各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和業(yè)務集成，提出基于射頻識別技術的模具電極生產(chǎn)模式，構(gòu)建了該模式下的制造執(zhí)行系統(tǒng)，并應用于實際生產(chǎn)中。根據(jù)該系統(tǒng)在東莞某制造公司中的應用情況表明，該系統(tǒng)能夠提高生產(chǎn)制造的信息化程度和生產(chǎn)效率，并對模具電極進行了智能化管理，有效地改善了企業(yè)質(zhì)量管理狀況。

關鍵詞： 射頻識別技術； 模具電極； 制造執(zhí)行系統(tǒng)； 電子編碼

中圖分類號： TN103?34； TN805 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）10?0065?03

Abstract： The RFID technology was applied to mold electrode production. The real?time acquisition of the electrode data is achieved by RFID reader in the aspects of electrode material stock， electrode machining， electrode detection and electrode application. Data and business integration between MES and each system data is fulfilled through system integration interface. The mold electrode manufacturing mode based on RFID technology is proposed to construct MES. The application result in a manufacturing company in Dongguan shows that the system can improve the informatization level， intelligent management level and efficiency of the mold electrode production， and enterprise quality control status effectively.

Keywords： RFID technology； mold electrode； MES； EPC

0 引 言

模具是現(xiàn)代制造業(yè)大批量生產(chǎn)中的一種重要工藝裝備，而電極是模具制造過程中不可缺少的加工工具。制造業(yè)信息化是當代國際制造業(yè)發(fā)展的大趨勢[1]，模具制造企業(yè)也必須努力推進模具制造業(yè)的信息化水平，對降低生產(chǎn)成本、提高模具電極的生產(chǎn)及管理效率、增強市場競爭力有著極為重要的意義[2]。

隨著物聯(lián)網(wǎng)（IOT）及RFID（Radio Frequency Identification）技術的高速發(fā)展[3]，越來越多的模具制造企業(yè)將RFID技術應用到模具電極的制造過程中。利用RFID技術的非接觸性、可重復使用、快速識別、讀取方便、數(shù)據(jù)容量大、使用壽命長、無需直接接觸、無需光學可視、無需人工干預等眾多優(yōu)點[4?6]，解決處理傳統(tǒng)模具制造業(yè)生產(chǎn)過程中流動量大、信息變換過程多、多場景信息交互的問題。

制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）是位于企業(yè)上層生產(chǎn)計劃和底層工業(yè)控制（Process Control System，PCS）之間，面向車間層的生產(chǎn)管理技術與實時信息系統(tǒng)[7]。MES作為企業(yè)資源計劃（Enterprise Resource Planning，ERP）系統(tǒng)和供應鏈管理（Supply Chain Management，SCM）系統(tǒng)的信息橋梁，調(diào)度底層過程控制系統(tǒng)（Process Control System，PCS）的樞紐，模具電極生產(chǎn)過程中起到了重要的作用，是一種先進的車間管理技術[8]。而將RFID技術應用到模具電極MES系統(tǒng)中，正好可以解決企業(yè)資源計劃和控制層存在的信息管理的斷層和信息反饋延遲的問題，實現(xiàn)車間模具電極生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅惩ǎ鼓＞唠姌O的生產(chǎn)準備時間和生產(chǎn)周期大大縮短，提高了產(chǎn)品質(zhì)量[9]。

本文結(jié)合廣東省東莞市某模具電極生產(chǎn)企業(yè)的具體情況，從RFID應用模型、模具電極MES系統(tǒng)的業(yè)務流程分析及模具電極MES系統(tǒng)應用架構(gòu)分析來進行研究。

1 RFID應用模型

本系統(tǒng)將RFID電子標簽嵌入式地安裝在電極座的側(cè)面，如圖1所示，用來識別模具電極，每個電極都與電極座一一對應。每個工位上都有采用ISO15693標準協(xié)議的超高頻讀寫器，對電極座進行寫入和讀取電極信息，與MES系統(tǒng)進行交互。

本系統(tǒng)采用的RFID標簽儲存區(qū)分為產(chǎn)品電子編碼（Electronic Product Code，EPC）存儲區(qū)、標簽惟一識別號（Tag Identifier，TID）、用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)和保留存儲區(qū)。EPC存儲區(qū)和用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)儲存的信息是本文自定義的。其中EPC存儲區(qū)可以快速讀取，一般用來存儲模具電極序號來進行快速識別，而用戶數(shù)據(jù)存儲區(qū)容量大，用來存儲電極信息（電極編號、偏移量值等），RFID電子標簽內(nèi)存分配表如表1所示。

在電極備料倉庫，備料員收到備料清單后，將毛坯新料夾入電極座中，并安裝RFID電子標簽，然后對電極一一綁定。再用RFID讀寫器向標簽中寫入電極編號和毛壞z軸高度。

隨后進入數(shù)控加工車間，讀寫器自動讀取模具電極的編號和毛坯z軸高度。在數(shù)據(jù)庫中下載電極的NC程序?qū)﹄姌O進行加工。完成后，電極成品進入檢測車間。

在電極檢測車間，對送檢測的電極成品進行質(zhì)量檢測，合格的電極成品進入偏移量測量工序，不合格的電極成品返回二次加工。電極x，y，z偏移量值寫入電子標簽并上傳到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存儲。

在電極使用車間，EDM機床自動讀取電極x，y，z偏移量并合成放電程序，電火花加工完成后得到模具成品。電極回收時，倉庫管理員通過RFID讀寫器讀取電極編號并綁定相應的存儲位置。通過系統(tǒng)可以查看電極的規(guī)格、存放位置、使用次數(shù)、狀態(tài)等信息。

2 基于RFID模具電極制造執(zhí)行系統(tǒng)總體架構(gòu)方案

2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)

系統(tǒng)通過RFID模塊對模具電極進行數(shù)據(jù)采集傳輸，并向MES系統(tǒng)提供實時可靠的數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)利用服務器上的RFID軟件對各個工位上的RFID模塊進行統(tǒng)一管理，各車間PC機都用網(wǎng)線通過交換機與服務器連接。倉庫中配置有無線路由器，與另一交換機連接，倉庫中的移動端通過WiFi連接服務器。基于RFID模具電極制造執(zhí)行系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖如圖3所示。

2.3 系統(tǒng)業(yè)務流程設計

系統(tǒng)總體業(yè)務流程如圖4所示。

2.2 系統(tǒng)功能模塊設計

根據(jù)企業(yè)實際需求，系統(tǒng)的主要模塊分為：工作站客戶端和Web后臺管理模塊。工作站客戶端主要包括電極的配料、CNC加工、QC檢測、EDM加工以及倉庫管理等模塊。Web后臺管理系統(tǒng)則包括電極管理、電極座管理、生產(chǎn)狀況、報表查詢、倉庫管理、用戶管理、日志記錄和系統(tǒng)設置8個模塊。這些功能模塊為企業(yè)提供了管理平臺和數(shù)據(jù)支撐。系統(tǒng)主要功能模塊的劃分見圖5。

3 基于RFID模具電極制造執(zhí)行系統(tǒng)的實現(xiàn)

本系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)和B/S架構(gòu)的混合體系進行開發(fā)，工作站客戶端模塊采用C/S架構(gòu)開發(fā)，Web后臺管理系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)開發(fā)，結(jié)合兩種架構(gòu)的特性，實現(xiàn)制造執(zhí)行系統(tǒng)的業(yè)務功能。其中C/S架構(gòu)采用Microsoft .NET 3.5 Framework開發(fā)環(huán)境，C#開發(fā)語言，實現(xiàn)軟件的快速開發(fā)，而B/S架構(gòu)則采用ASP.NET技術與JavaScript進行Web開發(fā)。數(shù)據(jù)庫采用微軟的SQL Server數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)訪問技術采用ADO.NET技術，安全有效地訪問數(shù)據(jù)庫。工作站客戶端和Web后臺管理系統(tǒng)軟件主界面如圖7所示。

4 結(jié) 語

本文在對模具電極生產(chǎn)制造的研究分析的基礎上，將RFID技術運用到電極的制造執(zhí)行系統(tǒng)中，提出一套基于RFID技術的模具電極制造執(zhí)行系統(tǒng)的解決方案。根據(jù)該系統(tǒng)在東莞某制造公司中的應用情況表明，該系統(tǒng)能夠提高生產(chǎn)制造的信息化程度，提高生產(chǎn)效率，并對模具電極進行了智能化管理，有效地改善了企業(yè)質(zhì)量的管理狀況。

參考文獻

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